科学家提出新方法来分解“永久化学品”PFAS的分子

2022年08月19日 09:12 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据The Verge报道,“永久化学品”以其坚不可摧、持久性和无处不在而闻名--包括许多它们不应该出现的地方,如我们的饮用水。但是现在,人们对一种新的方法感到兴奋,这种方法基本上可以将这些分子粉碎,使它们不会造成环境和健康问题。周四发表在《科学》杂志上的研究描述了这一点。这个过程有一些注意事项,但令许多专家高兴的是,对于这样一种坚硬的物质来说,它出奇地简单。

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“这确实违背了我在过去10年里所知道的一切。”约克大学的环境化学家和博士后研究员Shira Joudan说:“这真的很酷,因为其他人可以利用这些信息,并将其用于我们需要的技术。”

这些普遍存在的化学品是全氟及多氟烷基化合物 (PFAS)。它们曾经被认为是无害的,以至于从快餐包装纸到不粘锅都有它们的身影,但是最近,人们越来越关注这些化学品可能对人类和环境造成的伤害。有许多不同种类的PFAS,但它们的特点是不容易分解--在环境中不容易分解,甚至在非常高的温度等恶劣条件下不容易分解。自20世纪50年代以来,这种弹性使PFAS在各种应用中受到追捧,例如使东西具有防水和防污功能,或者在消防泡沫中使用时能扑灭火势。

PFAS的分子强度来自于所有9000种左右的化学结构中的碳和氟之间特别牢固的结合。这就是“永久化学品”中“永久”的本质。为了摆脱PFAS,研究人员正试图找出如何打破这些键。但这通常需要很大的努力--比如在超过700摄氏度(1292华氏度)的温度下焚烧它们。

新研究的惊人之处在于,它发现了一种使用该能量的一小部分来撕开这些键的方法。新研究的作者发现,通过将一种常用的工业溶剂和氢氧化钠(在碱液中发现的化学物质)添加到某一类PFAS中,当加热到80至120摄氏度(176至248华氏度)时,分子开始崩解。这并不需要比烧开一壶水更多的能量。

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这个过程将PFAS分解成六种不同的副产品,专家们告诉The Verge,这些副产品是相对无害的。其中五种在自然界中存在,甚至可能是你在牙膏和洗面奶中看到的成分。第六种剩下的产品,三氟乙酸盐,仍然有那些讨厌的碳氟键,但它不像PFAS那样有风险。最终,所有这些分解的碎片都可以变成石头或以其他方式安全处理--不像PFAS,它有从垃圾填埋场漏出的趋势,甚至有可能在焚烧后持续存在于空气中。

这也难怪,“永久化学品”很容易从食品包装、特氟龙锅、牙线和自来水中进入人体。到了20世纪90年代,美国疾病控制与预防中心(CDC)进行的全国血液抽样调查发现,98%以上的美国人在接受测试时发现了PFAS。在美国各地的水源、鱼类和土壤中也发现了它。虽然这种污染经常被发现在低水平上,但它也更集中在军事基地和大量使用PFAS的工厂(在消防泡沫和制造业)周围的许多地区。

尽管有证据表明CDC将其描述为"广泛的化学品暴露",但关于这种暴露对人类健康和环境的影响的研究仍然滞后。监管永久化学品使用的努力也是如此。在环境和健康倡导者多年来推动更多的监管之后,美国环保署在6月刚刚发布了关于它认为饮用水中多少PFAS是安全的健康建议。这些建议本质上仍然只是对联邦、州和地方官员的非约束性建议。但它们已经引发了工业界的法律挑战。

科学家们仍在试图更好地了解PFAS的广泛性以及这些化学品可能带来的威胁。但是高水平的PFAS已经与某些类型的癌症、肝脏损伤、胆固醇增加以及生殖健康风险(如孕妇血压升高和婴儿出生体重降低)的高风险有关。因此,一些公司已经不再使用最常见的PFAS类型,但现在人们对称为GenX的替代化学品也有类似的担忧。

“我们已经释放的(永久)化学品将伴随我们几千年。”亚利桑那州立大学环境健康工程生物设计中心主任Rolf Halden说:“这是我们所犯的一个错误,将持续几代人。因此,现在考虑我们放出多少东西,以及我们如何捕获和销毁这些化学品,还不算太晚,当然也不算太早。”

虽然周四发表在《科学》上的新研究很有希望,但从研究到现实世界的行动还有很长的路要走。首先,“永久化学品”需要从水、土壤中过滤出来,或以其他方式从它们落脚的地方取出来,然后才能进行这种破坏性的化学反应。

此外,这个新发现的降解“永久化学品”的过程并不能成功地摧毁每一种PFAS。新工艺攻击的是所谓的全氟羧酸(PFCAs)。值得庆幸的是,这确实包括最常见的一种永久化学品:全氟辛酸(PFOA)。许多其他类型的永久性化学品随着时间的推移最终会分解成一种全氟辛酸,那么这项新的研究可能适用于它们。

这项研究的另一个巧妙之处在于,它让其他正在寻找销毁PFAS方法的科学家更好地了解如何将它们拆开。“如果你有一个乐高积木,并把它砸成碎片,你可以对它是如何散开的进行一种结构分析,”新《科学》杂志论文的主要作者Brittany Trang说。

“我们不能要求用一篇论文来解决所有问题。但我要说的是,这项(研究)将非常有助于教导或指导这么多的PFAS降解技术研究人员思考如何进一步改进他们的系统,因为机理理解是非常非常重要的,”加利福尼亚大学河滨分校的副教授Jinyong Liu说,他在今年早些时候与其他研究人员发表了一篇关于另一种潜在的破坏PFAS的方法的论文,该方法使用紫外线和亚硫酸。

科罗拉多矿业学院教授Timothy Strathmann说:“我想说的是,(新研究)为正在出现的能够销毁(PFAS)的‘武器库’增加了另一种工具。”他曾研究过使用水热技术来降解PFAS。最终,整个“武器库”的方法可能都要被调动起来,以清理PFAS留下的大麻烦。

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